JP2010220273A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動機制御に関する発明であり、特に発生する騒音の制御に関するものである。 The present invention relates to motor control, and more particularly to control of generated noise.
従来技術に基づく電動機制御装置の一例として、表面形永久磁石型同期電動機を駆動した場合について図6及び図7に示し、これらの図に基づき従来技術を説明する。 As an example of the motor control device based on the prior art, a case where a surface permanent magnet type synchronous motor is driven is shown in FIGS. 6 and 7, and the prior art will be described based on these drawings.
電動機1は表面形永久磁石型同期電動機であり、電動機1の回転角θを検出する回転角検出器2が設置されている。電流検出器3は電動機に流れる三相の電流iU、iV、iWを検出する。電流制御装置4はトルク指令τ*及び三相の電流iU、iV、iW及び回転角θを入力し、三相の電圧指令VU*、VV*、VW*を出力する。インバータ装置5は、三相の電圧指令VU*、VV*、VW*を入力し、VU*、VV*、VW*と等価な電圧となる三相の電圧VU、VV、VWを出力し電動機1に印加する。
The
電動機1を模式的に表したものが図3であり、三相の電流が流れるが、制御上では磁石磁束の方向をd軸、d軸に直交する方向をq軸として、図4のように回転子と同期した座標で考える。
A schematic representation of the
次に、図7に基づき電流制御装置4について説明する。電流指令変換器41はトルク指令τ*を入力し、トルク指令τ*を発生する際の電流値となるq軸電流指令iq*を出力する。電流座標変換器42は、三相の電流iU、iV、iWを回転子角度θに基づきd軸、q軸上の電流であるd軸電流idとq軸電流iqに変換する。q軸電流制御器43はq軸電流指令iq*とq軸電流iqの差がゼロとなるようにq軸電圧指令Vq*を出力する。d軸電流制御器44はd軸電流idがゼロとなるようにd軸電圧指令Vd*を出力する。電圧指令座標変換器45はd軸電圧指令Vd*とq軸電圧指令Vq*を回転子角θに基づき、三相の電圧指令VU*、VV*、VW*に変換する。
Next, the
次に、図5に基づきインバータ装置5について説明する。なお、ここではU相電圧指令VU*からU相電圧VUへの変換について説明するが、V相及びW相においても同様の動作となる。U相電圧指令VU*は図5の曲線のように正弦波状となる。しかしながら、実際に正弦波状の電圧を出力することは困難であるため、図5のように最大電圧と最小電圧をスイッチングし、その時間の比率を変化させることにより、電圧指令VU*と等価な電圧VUを出力する。 Next, the inverter device 5 will be described with reference to FIG. Although the conversion from the U-phase voltage command VU * to the U-phase voltage VU will be described here, the same operation is performed in the V-phase and the W-phase. The U-phase voltage command VU * has a sine wave shape as shown by the curve in FIG. However, since it is difficult to actually output a sinusoidal voltage, the voltage equivalent to the voltage command VU * is switched by switching the maximum voltage and the minimum voltage and changing the time ratio as shown in FIG. Outputs VU.
また、回転角検出器2を用いずに、三相の電圧指令VU*、VV*、VW*及び三相の電流iU、iV、iWを用いて電動機1の回転角θを推定しても良い(例えば特許文献1)。
Further, without using the
電動機1が駆動される際に騒音が発生する。騒音の発生源としては、電動機1の機械的構造に起因するものや、電流を流すことによる電磁力に起因するもの等がある。
Noise is generated when the
機械的構造に起因するものとしては、電動機1の冷却装置や軸受け部による騒音がある。これらの騒音の周波数は電動機の回転数及び構造に依存する。
As a result of the mechanical structure, there is noise caused by the cooling device or the bearing portion of the
電磁力に起因する騒音は、電磁力により電動機1が振動することにより騒音となる。この騒音の周波数は、電流の周波数に依存するものとインバータ5のスイッチング周波数に依存するものがある。
Noise caused by the electromagnetic force becomes noise when the
電動機1の回転数や電流の周波数に依存する騒音は、回転数や負荷状態等の運転条件が決定されると変えることができない。電動機1の構造を変えることにより、騒音を変化させることができるが、機械的構造は様々な制約の下で決定されるため、騒音変化のために容易に変化できない。また、一度作った電動機1の機械的構造を変えることは難しく、特に運転中に変化させることは不可能である。
Noise that depends on the rotational speed of the
インバータ5のスイッチング周波数に依存する騒音に関しては、スイッチング周波数やスイッチング波形の変更によって、騒音を変化させることができる。しかしながら、スイッチング周波数やスイッチング波形を変えると、制御特性の変化やインバータ5のスイッチングに伴う損失の変化を招くため、容易に変えられない場合が大半である。例えばスイッチング周波数を低くすると、制御周期が長くなるため制御性能が低下する。また、電圧波形の歪が大きくなるため、電流高調波の増大や電動機1のトルク脈動の増大を招く。一方で、スイッチング周波数を高くすると、インバータ5の損失が増大するため、冷却装置の大型化等を招く。
Regarding noise that depends on the switching frequency of the inverter 5, the noise can be changed by changing the switching frequency or the switching waveform. However, changing the switching frequency and the switching waveform causes a change in control characteristics and a loss due to switching of the inverter 5, and in most cases it cannot be easily changed. For example, when the switching frequency is lowered, the control period is prolonged, so that the control performance is lowered. In addition, since the distortion of the voltage waveform increases, current harmonics increase and torque pulsation of the
つまり、電動機を1駆動する場合に発生する音は、設計や運転状態により決定されてしまう。特に、運転中に発生音を任意に変化させることは困難であるといえる。 That is, the sound generated when the motor is driven once is determined by the design and the operating state. In particular, it can be said that it is difficult to arbitrarily change the generated sound during driving.
請求項1の発明によれば、交流電動機を駆動する電動機制御装置において,該交流電動機のトルク発生に関与しない成分の電流に任意の周波数の高調波を重畳させることによって,任意の高さの音を前記交流電動機から発生させることを特徴とする電動機制御装置。 According to the first aspect of the present invention, in the motor control device for driving the AC motor, a sound of an arbitrary height can be obtained by superimposing harmonics of an arbitrary frequency on the current of the component not involved in the torque generation of the AC motor. Is generated from the AC motor.
請求項2の発明によれば、請求項1の電動機制御装置において,重畳された高調波電流がトルク発生に関与する電流成分に影響を及ぼさない制御構成となることを特徴とする電動機制御装置。 According to a second aspect of the present invention, in the electric motor control apparatus according to the first aspect, the motor control apparatus is configured such that the superimposed harmonic current does not affect a current component involved in torque generation.
電動機の構造や運転条件やスイッチング周波数を変えることなく、任意の周波数の音を発生することが可能となる。 It is possible to generate sound having an arbitrary frequency without changing the structure, operating conditions, and switching frequency of the electric motor.
以下に図面を参照して、本発明にかかる電動機制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of an electric motor control device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1を用いて請求項1の発明の実施例について説明するが、従来の技術と同一部分は省略する。
An embodiment of the invention of
d軸電流指令生成器46は、発生音周波数指令fs*を入力し、その周波数振動成分を持つd軸電流指令id*を出力する。d軸電流制御器44は、d軸電流指令id*とd軸電流idの差がゼロとなるようにd軸電圧出力Vd*を出力する。
The d-axis
この構成により、d軸電流idに発生音周波数指令の振動が重畳される。 With this configuration, the vibration of the generated sound frequency command is superimposed on the d-axis current id.
図4を用いてd軸およびq軸電流が与える影響について考える。q軸電流iqが流れると、電動機1の回転子を構成している永久磁石の一方の極が吸引されもう一方が反発されるため、電動機1の回転子が回転するようにトルクが発生する。一方で、d軸電流idが流れると、向かい合う永久磁石の極が吸引もしくは反発する電磁力が発生するが、磁石の極とd軸は同一方向であるため回転トルクにはならない。すなわちd軸電流idによりトルクは発生しないが、電動機1の回転子と固定子が吸引もしくは反発するような電磁力が発生する。
The effect of d-axis and q-axis current will be considered with reference to FIG. When the q-axis current iq flows, one pole of the permanent magnet constituting the rotor of the
そのため、d軸電流idに発生音周波数指令fs*の振動が重畳された場合、発生音周波数指令fs*の周波数で電動機1の回転子と固定子の間の電磁力が変化し電動機1自体が振動するため、発生音周波数指令fs*に対応した音を電動機1から発生することが可能となる。
Therefore, when the vibration of the generated sound frequency command fs * is superimposed on the d-axis current id, the electromagnetic force between the rotor and the stator of the
このときに発生音周波数指令fs*は、運転条件や電動機1の構造の制約を受けず、自由に選定可能である。また、運転中であっても自由に変えることが可能である。
At this time, the generated sound frequency command fs * can be freely selected without being restricted by operating conditions or the structure of the
図2を用いて請求項2の発明について説明するが、実施例1と同一部分は省略する。
The invention of
微分器47は回転角θを微分することにより回転角速度ωを出力する。d軸非干渉補償器48は、q軸電流iqを入力し回転角速度ωと電動機コイルのインダクタンスLを掛けた値を出力する。q軸非干渉補償器49は、d軸電流idを入力し回転子角速度ωと電動機コイルのインダクタンスLを掛けた値と回転子角速度ωと永久磁石による磁束鎖交数φを掛けた値の和を出力する。
The
q軸電圧指令Vq*は、q軸電流制御器43の出力にq軸非干渉補償器49の出力を加えたものとする。d軸電圧指令Vd*はd軸電流制御器44の出力からd軸非干渉補償器48を引いたものとする。
The q-axis voltage command Vq * is obtained by adding the output of the q-
表面形永久磁石型同期電動機の電圧と電流の関係は、〔数1〕の関係となることが知られている。 It is known that the relationship between the voltage and current of the surface permanent magnet type synchronous motor is the relationship of [Equation 1].
〔数1〕
Vd=(R+p・L)id−ω・L・iq ……(第1式)
Vq=ω・L・id+(R+p・L)iq+ωφ ……(第2式)
[Equation 1]
Vd = (R + p · L) id−ω · L · iq (Expression 1)
Vq = ω · L · id + (R + p · L) iq + ωφ (2nd formula)
ここで、Rは電動機1のコイルの抵抗値、Lは電動機1のインダクタンス値、pは微分演算子、φは電動機1の永久磁石による磁束鎖交数である。
Here, R is the resistance value of the coil of the
〔0030〕の第2式に注目すると、Vqとiqの関係の間にd軸電流idによる影響が働くことがわかる。すなわち、d軸電流idに高調波が流れると、q軸電流iqの電流制御に影響を及ぼすため、q軸電流iqに高調波が流れる場合がある。q軸電流iqに高調波が流れると、トルク振動となるため望ましくない。 Paying attention to the second equation of [0030], it can be seen that the influence of the d-axis current id acts on the relationship between Vq and iq. That is, when a harmonic flows in the d-axis current id, it affects the current control of the q-axis current iq, and thus a harmonic may flow in the q-axis current iq. When harmonics flow in the q-axis current iq, it is not desirable because it causes torque vibration.
そこで、〔0030〕の第1式右辺第2項による影響をd軸非干渉補償器48にて打ち消し、第2式右辺第1項をq軸非干渉補償器49により打ち消すことにより、d軸電流idの高調波がq軸電流iqへの干渉を防ぐことが可能となり、トルク振動等発生せずに所望の制御特性が得られた状態で、発生音も任意の音に制御可能となる。
Thus, the d-
本発明により、運転条件や電動機の構造、スイッチング周波数を変化させずに電動機から発生する音を自由に制御可能となる。また、本方式は既存の電動機制御装置に対しても適用可能であるため、極めて有効である。 According to the present invention, it is possible to freely control the sound generated from the motor without changing the operating conditions, the structure of the motor, and the switching frequency. Moreover, since this method can be applied to an existing motor control device, it is extremely effective.
1 電動機
2 回転角検出器
3 電流検出器
4 電流制御装置
41 電流指令変換器
42 電流座標変換器
43 q軸電流制御器
44 d軸電流制御器
45 電圧指令座標変換器
46 d軸電流指令生成器
47 微分器
48 d軸非干渉補償器
49 q軸非干渉補償器
5 インバータ装置
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JPN7013003447; 安宅 他: 'ブラシレスDCモータによる音階の発生' 第17回MAGDAコンファレンスin日立 講演論文集 , 20081121, Page.443-448 * |
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